漁船用冷凍装置
【課題】非稼働時にＣＯ２の圧力上昇を防止可能で、かつＣＯ２量を低減して省スペース化が可能な漁船用ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置を実現する。
【解決手段】ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置１０は、冷凍サイクルを構成するＮＨ３循環路１２と、ＣＯ２がカスケードコンデンサ２２で冷却される第１ＣＯ２循環路２４と、ＣＯ２受液器２６から、凍結倉３及び保冷倉５に配設された冷却管（管棚３８やヘアピンコイル５６等）にＣＯ２を供給する第２ＣＯ２循環路２８とを備えている。制御装置９０は、魚倉内設定冷却温度Ｔｓと検出温度Ｔｃとの差分ΔＴとＣＯ２残液量との相関関係を求めた相関マップが記憶されたメモリ９２と、冷却管の入口側及び出口側ＣＯ２の温度差（Ｔ２−Ｔ１）と前記相関マップとから、冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定部９４とを備え、ＣＯ２残液量を低減するように流量調整弁３４、５２の開度を調整する。
【解決手段】ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置１０は、冷凍サイクルを構成するＮＨ３循環路１２と、ＣＯ２がカスケードコンデンサ２２で冷却される第１ＣＯ２循環路２４と、ＣＯ２受液器２６から、凍結倉３及び保冷倉５に配設された冷却管（管棚３８やヘアピンコイル５６等）にＣＯ２を供給する第２ＣＯ２循環路２８とを備えている。制御装置９０は、魚倉内設定冷却温度Ｔｓと検出温度Ｔｃとの差分ΔＴとＣＯ２残液量との相関関係を求めた相関マップが記憶されたメモリ９２と、冷却管の入口側及び出口側ＣＯ２の温度差（Ｔ２−Ｔ１）と前記相関マップとから、冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定部９４とを備え、ＣＯ２残液量を低減するように流量調整弁３４、５２の開度を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＨ３冷媒が循環し冷凍サイクル構成機器を備えたＮＨ３循環路と、該ＮＨ３冷媒で冷却されたＣＯ２液を魚倉に供給するＣＯ２循環路とで構成された漁船用冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、漁船に搭載され、漁獲物を魚倉内で冷凍保管する冷凍装置は、例えば、冷媒として代替フロンを用い、乾式蒸発器を備えた冷凍装置や、冷媒としてＮＨ３を用いたＮＨ３直膨方式の冷凍装置が用いられていた。また、魚倉に配設された冷却管は、例えば、凍結倉には冷却管によって漁獲物を載置する棚を構成する管棚等が形成され、保冷倉にはヘアピンコイル式の冷却管等が配設されている。そして、魚倉に海水等のブラインを注入するか、あるいは空冷で魚を冷凍保管している。特許文献１及び特許文献２には、ヘアピンコイル式蒸発器を備えた冷凍装置が開示されている。
【０００３】
漁船には複数の凍結倉や保冷倉があるため、これらに配設される冷却管は、多系統に枝分かれし、また冷却管の長さは、管断面積と比較して長大なものとなる。そのため、冷却管に大量の冷媒を循環させる必要があり、必然的に冷媒を貯留する受液器が大型化する。魚倉の冷却管に充填されるＣＯ２液が漁船搭載量の大部分を占める。また、冷却管を流れる冷媒の圧力損失による冷凍装置の動力増加は無視し得ないものとなる。代替フロンは地球温暖化係数ＧＷＰが比較的高く地球環境の観点から好ましくない。また、代替フロンは粘性係数が比較的大きく、冷凍装置の動力が増大し、省エネとならない。
【０００４】
一方、ＮＨ３は比較的高価であり、かつ毒性があるため、大量のＮＨ３を用いるのは好ましくない。また、ＮＨ３冷媒を用いた直膨方式の冷凍装置は、潤滑油が冷却管内に滞留し、この潤滑油が冷却管の熱伝導を低下させ、冷凍装置の熱効率を低下させるという問題がある。また、直膨方式の冷凍装置は、圧縮機への冷媒の液バックを防止するという観点から、冷却管内の過熱度を高くしがちとなる。そのため、余分な動力が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１３８３７８号公報
【特許文献２】特開平２−１２６０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明者等は、漁船に搭載する冷凍装置として、冷凍サイクルを構成するＮＨ３循環路に、カスケードコンデンサを介してＣＯ２循環路を接続し、カスケードコンデンサで冷却されたＣＯ２液を潜熱利用のブラインとして、液ポンプで冷却管に循環させる二元式冷凍装置を用いることを考えた。ＣＯ２は毒性がない自然冷媒であり、地球温暖化係数ＧＷＰが非常に小さいという長所をもつ。また、ＣＯ２液は粘性係数が小さいので、長い冷却管を流れても圧力損失が増大しない。そのため、液ポンプを小型化できる等の長所も合わせもつ。
【０００７】
しかし、設置スペースが狭い漁船においては、受液器が大型化することだけでも、冷凍装置の設置が困難になる。そのため、冷却管の小径化や、エロフィンコイル等の採用により熱交換効率を高め、ＣＯ２量を低減する必要がある。また、ＣＯ２は常温で高圧となる。例えば、外部温度３０℃で管内圧力は７〜８ＭＰａに達する。そのため、漁船の停泊中やドック入渠中等、冷凍装置が稼働してない時、高圧となるおそれがある。従って、配管系やその他の設備の耐圧強度を増大する等の対策が必要となり、設備費が高コストとなる問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、漁船用冷凍装置として、ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置を用いる場合に、ＣＯ２量を低減し、冷凍装置の装置構成を小型化して漁船への搭載を容易にすると共に、冷凍装置が非稼働のとき、ＣＯ２の圧力上昇を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明の漁船用冷凍装置は、ＮＨ３を冷媒とし冷凍サイクル構成機器が設けられたＮＨ３循環路と、ＣＯ２が循環し、ＮＨ３循環路とカスケードコンデンサを介して接続された第１ＣＯ２循環路と、該第１ＣＯ２循環路に設けられたＣＯ２受液器と、ＣＯ２受液器と魚倉に設けられた冷却管との間に接続された第２ＣＯ２循環路と、第２ＣＯ２循環路に設けられ、ＣＯ２受液器のＣＯ２液を冷却管に送る液ポンプとを備えたＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置である。
【００１０】
この二元式冷凍装置は、第１ＣＯ２循環路のＣＯ２ガスがカスケードコンデンサでＮＨ３によって冷却され、冷却されたＣＯ２液が受液器に貯留される。受液器に貯留されたＣＯ２液は、液ポンプにより第２ＣＯ２循環路を通って魚倉に配設された冷却管に送られる。そして、ＣＯ２液の蒸発潜熱で漁倉内の漁獲物を冷却する。
【００１１】
本発明装置は、さらに、冷却管の上流側で第２ＣＯ２循環路に設けられた流量調整弁と、冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定手段と、ＣＯ２残液量判定手段の判定結果に基づいて、流量調整弁の開度を制御する制御装置とを備えている。液ポンプ及び流量調整弁は最大負荷に合わせた流量で仕様が選定されているため、冷凍装置の冷却負荷が小さいとき、冷却管のＣＯ２蒸発量が少なくなり、蒸発量に比べてＣＯ２量が過剰に冷却管に供給される。そのため、管棚やヘアピンコイルに貯留するＣＯ２液量が多くなるので、漁船に充填されるＣＯ２必要量が増大し、ＣＯ２受液器も大型になってしまう。そこで、本発明者等は、冷凍装置の冷却負荷が少なくなった状況をみて、管棚や魚倉のヘアピンコイルの冷却管に供給するＣＯ２液量を減ずることを考えた。
【００１２】
即ち、ＣＯ２残液量判定手段で冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定し、冷却管出口部のＣＯ２残液量が多くならないように、制御装置で流量調整弁の開度を調整することで、ＣＯ２残液量を低減できるようにした。これによって、漁船に充填されるＣＯ２必要量を低減でき、ＣＯ２受液器及び配管系を小型化できるので、設置スペースが狭い漁船へのＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置の搭載が容易になる。なお、流量調整弁は開度調整可能なものを用いるか、あるいはオンオフ式の流量調整弁を用いてもよい。オンオフ式の流量調整弁は、ＰＷＭ（パルス幅変調）という間欠式な開閉制御を行い、開動作時間又は閉動作時間を調整することで、ＣＯ２供給量を調整できる。
【００１３】
本発明装置は、さらに、第１ＣＯ２循環路に接続された予備ＣＯ２循環路と、予備ＣＯ２循環路を流れるＣＯ２を冷却する予備冷凍装置と、予備冷凍装置を駆動する自家発電機と、予備冷凍装置と自家発電機又は陸上電源装置とを切替え接続可能な切換器とを備えている。漁船の停泊中やドック入渠中等、ＮＨ３冷凍サイクルが稼働してない時、ＣＯ２受液器内のＣＯ２ガスを予備ＣＯ２循環路に導き、自家発電機又は陸上の電源装置を用いて予備冷凍装置を稼働する。これによって、ＣＯ２受液器内のＣＯ２ガスを冷却し、液化させるで、受液器や配管内のＣＯ２が高圧にならない。
【００１４】
流量調整弁の開度を小さくしたり、あるいは流量調整弁を閉じたとき、流量調整弁上流側のＣＯ２圧力が異常上昇するおそれがある。そのため、液ポンプの吐出側ＣＯ２圧力を検出する圧力センサーを設け、該圧力センサーの検出値に基づいて、制御装置によって液ポンプの吐出量を制御し、液ポンプ吐出側のＣＯ２圧力を設定値に維持するようにするとよい。これによって、冷却管内のＣＯ２圧力の異常上昇を抑制できる。
【００１５】
本発明において、ＣＯ２残液量判定手段は、流量調整弁の入口側及び魚倉出口側冷却管に夫々設けられた温度センサーと、該２つの温度センサーの検出値の差から冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成されているとよい。ＣＯ２は気液混合状態から過熱状態になると温度が上昇する。この温度上昇を検出することで、ＣＯ２が気液混合状態であるか、過熱状態であるかがわかる。２つの温度センサーの検出値に差がないとき、冷却管出口部でＣＯ２が気液混合状態であると判定し、流量調整弁の開度を小さくする。２つの温度センサーの検出値の差が設定値を超えたら、冷却管出口部でＣＯ２残液がなくなったと判定して、流量調整弁の開度を大きくする。ＣＯ２残液量判定手段をかかる構成とすることで、比較的簡易な操作で、ＣＯ２残液量を判定できる。
【００１６】
ＣＯ２残液量判定手段の別な構成例として、魚倉の内部温度を検出する温度センサーと、制御装置に記憶され、魚倉の設定冷却温度と温度センサーの検出値との差分と、冷却管出口部のＣＯ２残液量との相関を示す相関マップと、前記差分と相関マップで冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成するとよい。
【００１７】
魚倉内の温度が設定冷却温度に近づくと、魚倉の冷却負荷は低減する。魚倉の冷却負荷が低減すれば、魚倉出口側冷却管のＣＯ２蒸発量は低減する。この点から、魚倉の設定冷却温度と実際の検出温度との差分と、冷却管出口部のＣＯ２残液量とはある種の相関がある。この相関関係を予め求めておくことで、冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定できる。そのため、こうして求めた相関マップと前記差分とからＣＯ２残液量を判定できる。また、前記２つの構成例を併用した判定手段としてもよい。この併用型判定手段とすれば、冷却管出口部のＣＯ２残液量をさらに正確に判定できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、漁船用冷凍装置として、ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置を用い、ＣＯ２残液量判定手段によって冷却管内のＣＯ２残液量を判定し、このＣＯ２残液量から、制御装置によって冷却管の上流側に設けられた流量調整弁の開度を調整するようにしたので、冷却管内のＣＯ２残液量を低減でき、これによって、漁船に充填される必要ＣＯ２量を低減できる。そのため、ＣＯ２受液器及び配管設備等、冷凍装置を小型化できるので、設置スペースが狭い漁船でも搭載が容易になる。
【００１９】
また、予備冷凍装置、自家発電機及び切換器を備えているので、漁船の停泊中やドック入渠中等、ＮＨ３冷凍サイクルが稼働してない時でも、自家発電機又は陸上の電源装置を用いて予備冷凍装置を稼働できる。そのため、ＣＯ２受液器及び配管系等のＣＯ２ガスを冷却液化し、ＣＯ２ガスの高圧化を防止できるので、ＣＯ２受液器等を含む冷凍装置及びその配管系の耐圧強度を緩和でき、設備費を低コストにできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明装置の一実施形態に係る全体構成図である。
【図２】前記実施形態の制御系を示すブロック線図である。
【図３】前記実施形態で用いられる相関マップ図である。
【図４】前記実施形態で、魚層内の温度変化によるＣＯ２蒸発量の変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２２】
本発明装置の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１において、漁船１の船体内部に凍結倉３及び保冷倉５が設けられている。凍結倉３及び保冷倉５は、夫々複数基ずつ設けられるが、図１では夫々１基のみを図示し、他を省略している。保冷倉５に隣接してＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置１０が設けられている。ＮＨ３冷媒が循環するＮＨ３循環路１２には、圧縮機１４、凝縮器１６、受液器１８、膨張弁２０及びカスケードコンデンサ２２からなる冷凍サイクル構成機器が設けられている。凝縮器１６には、船外から海水を導入する海水循環路１７が接続されている。凝縮器１６では、海水ポンプ１７ａによって汲み上げられた海水でＮＨ３を冷却している。
【００２３】
第１ＣＯ２循環路２４はＣＯ２がブラインとして循環し、ＣＯ２はカスケードコンデンサ２２でＮＨ３と熱交換して冷却される。第１ＣＯ２循環路２４にはＣＯ２受液器２６が設けられ、ＣＯ２受液器２６には第２ＣＯ２循環路２８が接続されている。第２ＣＯ２循環路２８は凍結倉３及び保冷倉５に設けられた冷却管と接続されている。第２ＣＯ２循環路２８の往路２８ａには液ポンプ３０が設けられ、ＣＯ２受液器２６のＣＯ２液は、液ポンプ３０によって前記冷却管に送られる。
【００２４】
凍結倉３又は保冷倉５で漁獲物の冷凍又は保冷に供された後のＣＯ２気液二相流は、第２ブライン循環路２８の復路２８ｂを通ってＣＯ２受液器２６に戻る。ＣＯ２受液器２６に戻ったＣＯ２気液二相流のうちＣＯ２ガスは、第１ＣＯ２循環路２４を通ってカスケードコンデンサ２２に流れ、カスケードコンデンサ２２で冷却され、液化して再びＣＯ２受液器２６に戻る。
【００２５】
第２ＣＯ２循環路２８の往路２８ａは分岐し、夫々の分岐往路は凍結倉３及び保冷倉５に配設された冷却管に接続される。以下、凍結倉３又は凍結倉３の内部に配設され、漁獲物の凍結又は冷凍保管に供する配管を総称して「冷却管」と称する。凍結倉３に延設された分岐往路２９ａは、凍結倉３の内部一隅に設けられたヘッダー３２ａに接続されている。ヘッダー３２ａとの接続部より上流側の分岐往路２９ａには、流量調整弁３４とＣＯ２の温度を検出する温度センサー３６が設けられている。凍結倉３の内部他隅にヘッダー３２ｂがヘッダー３２ａと対面するように配置されている。
【００２６】
ヘッダー３２ａ及び３２ｂは凍結倉３内で上下方向に配置され、ヘッダー３２ａ、３２ｂ間で、多数の管棚３８（棚状に設けられ、ＣＯ２が流れる裸管で構成されている。）が水平方向に配置され、両ヘッダーに架設されている。各管棚３８には流量調整弁４０が介設されている。管棚３８には漁獲物を入れた多数のトレイ４２が載置される。凍結倉３内の上部空間には、エロフィンコイル４４が配置され、エロフィンコイル４４は、入口に流量調整弁４０が設けられ、ヘッダー３２ａ及び３２ｂ間に接続されている。
【００２７】
分岐往路２９ａからヘッダー３２ａに流入したＣＯ２液は、各管棚３８及びエロフィンコイル４４を矢印方向に流れ、凍結倉３内を−４０℃の設定凍結温度に冷却する。即ち、蒸発潜熱で凍結倉３内を冷却する。一部又は大部分が蒸発して気液二相流となったＣＯ２は、ヘッダー３２ｂに合流し、ヘッダー３２ｂから分岐復路２９ｂ及び復路２８ｂを経てＣＯ２受液器２６に戻る。凍結倉３の出口部の分岐復路２９ｂにＣＯ２の温度を検出する温度センサー４６が設けられ、凍結倉３内に凍結倉３内の雰囲気温度を検出する温度センサー４８が設けられている。
【００２８】
往路２８ａから分岐した分岐往路５０ａは、保冷倉５の内部に延設され、保冷倉５の内部で多数のヘアピンコイル５６に接続されている。ヘアピンコイル５６はエロフィンが設けられ、ヘアピンコイル５６は保冷倉５の天井、床や壁に配設されている。ヘアピンコイル５６より上流側の分岐往路５０ａには流量調整弁５２及びＣＯ２の温度を検出する温度センサー５４が設けられ、各ヘアピンコイル５６の入口には流量調整弁５８が設けられている。
【００２９】
分岐往路５０ａに流入したＣＯ２は、各ヘアピンコイル５６を通り、その後合流管６０に合流した後、分岐復路５０ｂに接続されている。保冷倉５内はＣＯ２の蒸発潜熱で冷却され、−３５℃の設定保冷温度に保たれる。冷却管内で一部が蒸発したＣＯ２気液混合流は、分岐復路５０ｂから復路２８ｂを通ってＣＯ２受液器２６に戻る。保冷倉５の出口部の分岐復路５０ｂにＣＯ２の温度を検出する温度センサー６４が設けられ、保冷倉５内に保冷倉５内の雰囲気温度を検出する温度センサー６６が設けられている。
【００３０】
流量調整弁３４及び５２は、オンオフ式の電磁弁で構成されている。流量調整弁３４及び５４は、ＰＷＭ（パルス幅変調）という間欠式な開閉制御を行い、開動作時間又は閉動作時間を調整することで、ＣＯ２供給量を調整可能に構成されている。液ポンプ３０の流側往路２８ａにはＣＯ２圧力を検出する圧力センサー６８が設けられている。
【００３１】
第１ＣＯ２循環路２４には、第１ＣＯ２循環路２４から分岐し、ＣＯ２受液器２６に接続された分岐循環路７０が設けられている。分岐部の第１ＣＯ２循環路２４又は分岐循環路７０に、ＣＯ２を第１ＣＯ２循環路２４又は分岐循環路７０に切替え可能に流入させる開閉弁７２及び７４が設けられている。分岐循環路７０にはプレート式熱交換器７６が設けられている。冷凍装置１０に隣接して自家発電機８０が設けられている。自家発電機８０の出力軸は切替器８２を介して小型冷凍機８６に接続され、切替器８２にはコード線８４を介して陸上の電源装置（図示省略）が接続されている。切替器８２によって、小型冷凍機８６を自家発電機８０又は陸上の電源装置によって切替え可能に駆動できる。小型冷凍機８６は、例えば１〜３ｋｗ程度の能力でよい。
【００３２】
図２は、冷凍装置１０の運転を制御する制御系を示す。図２は、保冷倉５のみを代表して図示しており、凍結倉３を省略している。ヘアピンコイル５６内では、ＣＯ２液ｒが徐々に蒸発してＣＯ２ガスｇに変わる。制御装置９０は、メモリ９２と、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定部９４とを備えている。制御装置９０には、温度センサー３６、４６，４８、５４、６４、６６及び圧力センサー６８の検出値が入力される。
【００３３】
また、図３に示す相関マップが予め作成され、この相関マップが制御装置９０のメモリ９２に予め記憶されている。この相関マップの横軸は凍結倉３又は保冷倉５の設定冷却温度Ｔｓと温度センサー４８又は６４の検出値Ｔｃとの差分ΔＴ（＝Ｔｃ−Ｔｓ）であり、縦軸は凍結倉３又は保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２残液量である。図中、例えば、曲線Ａが凍結倉３の相関マップであり、曲線Ｂが保冷倉５の相関マップである。
【００３４】
図４に示すように、凍結倉３又は保冷倉５の検出温度Ｔｃが設定冷却温度Ｔｓに近づくと、凍結倉３又は保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２蒸発量は低減する。この関係から、凍結倉３又は保冷倉５の設定冷却温度Ｔｓと実際の検出温度Ｔｃとの差分ΔＴと、出口側冷却管のＣＯ２残液量とはある種の相関がある。この相関マップは、過去の実験値から差分ΔＴと冷却管出口部のＣＯ２残液量との相関関係を求めたものである。
【００３５】
かかる構成において、海上において冷凍装置１０の稼働中には、冷却されたＣＯ２液が液ポンプ３０によって凍結倉３及び保冷倉５に送られ、凍結倉３及び保冷倉５を設定温度に冷却する。このとき、凍結倉３及び保冷倉５に配設された冷却管内のＣＯ２は、気液混合状態のときは温度が変化しないので、凍結倉３又は保冷倉５の冷却管の上流側と下流側とで温度差は生じない。冷却管出口部でＣＯ２液がなくなり、過熱状態になると、ＣＯ２の温度は上昇するので、冷却管の入口側温度Ｔ１と出口側温度Ｔ２とで温度差が発生する。従って、ＣＯ２残液量判定部９４で、温度センサー３６（又は５４）と温度センサー４６（又は６４）の検出値の差から、凍結倉３又は保冷倉５の冷却管出口におけるＣＯ２残液量を判定する。
【００３６】
即ち、魚倉内温度が低下し、設定冷却温度Ｔｓに近づいたら、冷却管出口部でＣＯ２残液が生じるので、Ｔ１とＴ２との差はなくなる。そこで、例えば、（Ｔ２−Ｔ１）が＋５℃になるまで魚倉内を冷却したら、「ＣＯ２残液あり」と判定し、流量調整弁３４（又は５２）を閉じる。（Ｔ２−Ｔ１）が＋５℃を超えたら、ＣＯ２残液量判定部９４で「ＣＯ２残液なし」と判定し、制御装置９０で流量調整弁３４（又は５２）を開放する。
【００３７】
また、ＣＯ２残液量判定部９４は、凍結倉３又は保冷倉５の設定冷却温度Ｔｓと温度センサー４８（又は６６）の検出値Ｔｃとの差分ΔＴと、メモリ９２に記憶された相関マップから、冷却管出口部におけるＣＯ２残液量を判定する。これら２つの判定方法を併用して、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する。こうして判定したＣＯ２残液量に基づいて、制御装置９０は流量調整弁３４及び５２の開閉動作を制御する。
【００３８】
流量調整弁３４又は５２の開度を減少させ、ＣＯ２液の流量を低減したとき、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧が急上昇するおそれがある。そのため、制御装置９０は、圧力センサー６８の検出値が閾値を超えたら、液ポンプ３０の回転数を減少させ、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧力を設定値に戻すようにする。
【００３９】
漁船１が停泊中又は入渠中のとき、漁獲物は陸揚げされ、冷凍装置１０の稼働は停止する。そして、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管内のＣＯ２液はＣＯ２受液器２６に回収される。この状態でＣＯ２受液器２６に外部熱が侵入すると、ＣＯ２受液器内ＣＯ２液の一部が気化し、ＣＯ２受液器内及び配管系のＣＯ２圧力が上昇するおそれがある。そこで、自家発電機８０又は陸上の電源装置によって小型冷凍機８６を稼働する。また、制御装置９０によって開閉弁７２、７４の開閉を切り替え、ＣＯ２受液器２６内のＣＯ２ガスを分岐循環路７０に循環させる。分岐循環路７０を循環するＣＯ２ガスは、プレート式熱交換器７６によって冷却され液化し、ＣＯ２受液器２６に戻る。
【００４０】
本実施形態によれば、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管のＣＯ２残液量をＣＯ２残液量判定部９４によって判定し、ＣＯ２残液量が少なくなるように流量調整弁３４又は５２の開度を調整しているので、冷凍装置１０のＣＯ２必要量を低減できる。そのため、ＣＯ２受液器２６を小型化できると共に、ＣＯ２配管系を簡素化でき、設置スペースが狭い漁船への冷凍装置１０の設置を容易にする。従来、保冷倉５のヘアピンコイル５６に、通常、呼び径３２Ａのヘアピンコイルを用いていた。本実施形態では、呼び径２５Ａのエロフィン付きヘアピンコイル５６を用いることで、冷却効果を低下させずに、ＣＯ２必要量をさらに低減できる。
【００４１】
また、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧力を監視し、液ポンプ３０の回転数を調整可能にしているので、流量調整弁３４又は５２の閉動作時に生じる異常昇圧を防止でき、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧力を常に設定値に保持できる。
【００４２】
また、冷却管の上流側及び下流側のＣＯ２温度の温度差（Ｔ２−Ｔ１）によるＣＯ２残液量の判定方法と、凍結倉３及び保冷倉５内の設定冷却温度Ｔｓと実際の検出温度Ｔｃとの差分ΔＴに基づく判定方法とを併用しているので、冷却管出口部のＣＯ２残留量を正確に判定できる。
【００４３】
また、漁船１の停泊中又は入渠中等、冷凍装置１０が稼働していない時に、自家発電機８０又は陸上の電源装置によって小型冷凍機８６を稼働させ、ＣＯ２受液器２６中のＣＯ２ガスを冷却液化しているので、ＣＯ２受液器２６内及び配管系のＣＯ２ガスの高圧化を防止できる。また、ＣＯ２に冷却に熱交換効率が優れたプレート式熱交換器７６を用いているので、ＣＯ２の冷却効率を向上できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、冷却管の上流側及び下流側のＣＯ２温度の温度差（Ｔ２−Ｔ１）によるＣＯ２残液量の判定方法と、凍結倉３及び保冷倉５内の設定冷却温度Ｔｓと実際の検出温度Ｔｃとの差分ΔＴに基づく判定方法とを併用しているが、どちらか一方の判定方法のみで判定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、非稼働時にＣＯ２の圧力上昇を防止可能で、省スペース化が可能な漁船用ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 漁船
３ 凍結倉
５ 保冷倉
１０ ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置
１２ ＮＨ３循環路
１４ 圧縮機
１６ 凝縮器
１７ 海水循環路
１７ａ 海水ポンプ
１８ 受液器
２６ ＣＯ２受液器
２０ 膨張弁
２２ カスケードコンデンサ
２４ 第１ＣＯ２循環路
２８ 第２ＣＯ２循環路
２８ａ 往路
２８ｂ 復路
２９ａ、５０ａ 分岐往路
２９ｂ、５０ｂ 分岐復路
３０ 液ポンプ
３０ａ 駆動モータ
３０ｂ インバータ装置
３２ａ、３２ｂ ヘッダー
３４、５２、４０，５８ 流量調整弁
３６、４６，４８、５４、６４、６６ 温度センサー
３８ 管棚
４２ トレイ
４４ エロフィンコイル
５６ ヘアピンコイル
６０ 合流管
６８ 圧力センサー
７０ 分岐循環路
７２、７４ 開閉弁
７６ プレート式熱交換器
８０ 自家発電機
８２ 切替器
８４ コード線
８６ 小型冷凍機
９０ 制御装置
９２ メモリ
９４ ＣＯ２残液量判定部
ｒ ＣＯ２液
ｇ ＣＯ２ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＨ３冷媒が循環し冷凍サイクル構成機器を備えたＮＨ３循環路と、該ＮＨ３冷媒で冷却されたＣＯ２液を魚倉に供給するＣＯ２循環路とで構成された漁船用冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、漁船に搭載され、漁獲物を魚倉内で冷凍保管する冷凍装置は、例えば、冷媒として代替フロンを用い、乾式蒸発器を備えた冷凍装置や、冷媒としてＮＨ３を用いたＮＨ３直膨方式の冷凍装置が用いられていた。また、魚倉に配設された冷却管は、例えば、凍結倉には冷却管によって漁獲物を載置する棚を構成する管棚等が形成され、保冷倉にはヘアピンコイル式の冷却管等が配設されている。そして、魚倉に海水等のブラインを注入するか、あるいは空冷で魚を冷凍保管している。特許文献１及び特許文献２には、ヘアピンコイル式蒸発器を備えた冷凍装置が開示されている。
【０００３】
漁船には複数の凍結倉や保冷倉があるため、これらに配設される冷却管は、多系統に枝分かれし、また冷却管の長さは、管断面積と比較して長大なものとなる。そのため、冷却管に大量の冷媒を循環させる必要があり、必然的に冷媒を貯留する受液器が大型化する。魚倉の冷却管に充填されるＣＯ２液が漁船搭載量の大部分を占める。また、冷却管を流れる冷媒の圧力損失による冷凍装置の動力増加は無視し得ないものとなる。代替フロンは地球温暖化係数ＧＷＰが比較的高く地球環境の観点から好ましくない。また、代替フロンは粘性係数が比較的大きく、冷凍装置の動力が増大し、省エネとならない。
【０００４】
一方、ＮＨ３は比較的高価であり、かつ毒性があるため、大量のＮＨ３を用いるのは好ましくない。また、ＮＨ３冷媒を用いた直膨方式の冷凍装置は、潤滑油が冷却管内に滞留し、この潤滑油が冷却管の熱伝導を低下させ、冷凍装置の熱効率を低下させるという問題がある。また、直膨方式の冷凍装置は、圧縮機への冷媒の液バックを防止するという観点から、冷却管内の過熱度を高くしがちとなる。そのため、余分な動力が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１３８３７８号公報
【特許文献２】特開平２−１２６０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明者等は、漁船に搭載する冷凍装置として、冷凍サイクルを構成するＮＨ３循環路に、カスケードコンデンサを介してＣＯ２循環路を接続し、カスケードコンデンサで冷却されたＣＯ２液を潜熱利用のブラインとして、液ポンプで冷却管に循環させる二元式冷凍装置を用いることを考えた。ＣＯ２は毒性がない自然冷媒であり、地球温暖化係数ＧＷＰが非常に小さいという長所をもつ。また、ＣＯ２液は粘性係数が小さいので、長い冷却管を流れても圧力損失が増大しない。そのため、液ポンプを小型化できる等の長所も合わせもつ。
【０００７】
しかし、設置スペースが狭い漁船においては、受液器が大型化することだけでも、冷凍装置の設置が困難になる。そのため、冷却管の小径化や、エロフィンコイル等の採用により熱交換効率を高め、ＣＯ２量を低減する必要がある。また、ＣＯ２は常温で高圧となる。例えば、外部温度３０℃で管内圧力は７〜８ＭＰａに達する。そのため、漁船の停泊中やドック入渠中等、冷凍装置が稼働してない時、高圧となるおそれがある。従って、配管系やその他の設備の耐圧強度を増大する等の対策が必要となり、設備費が高コストとなる問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、漁船用冷凍装置として、ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置を用いる場合に、ＣＯ２量を低減し、冷凍装置の装置構成を小型化して漁船への搭載を容易にすると共に、冷凍装置が非稼働のとき、ＣＯ２の圧力上昇を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明の漁船用冷凍装置は、ＮＨ３を冷媒とし冷凍サイクル構成機器が設けられたＮＨ３循環路と、ＣＯ２が循環し、ＮＨ３循環路とカスケードコンデンサを介して接続された第１ＣＯ２循環路と、該第１ＣＯ２循環路に設けられたＣＯ２受液器と、ＣＯ２受液器と魚倉に設けられた冷却管との間に接続された第２ＣＯ２循環路と、第２ＣＯ２循環路に設けられ、ＣＯ２受液器のＣＯ２液を冷却管に送る液ポンプとを備えたＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置である。
【００１０】
この二元式冷凍装置は、第１ＣＯ２循環路のＣＯ２ガスがカスケードコンデンサでＮＨ３によって冷却され、冷却されたＣＯ２液が受液器に貯留される。受液器に貯留されたＣＯ２液は、液ポンプにより第２ＣＯ２循環路を通って魚倉に配設された冷却管に送られる。そして、ＣＯ２液の蒸発潜熱で漁倉内の漁獲物を冷却する。
【００１１】
本発明装置は、さらに、冷却管の上流側で第２ＣＯ２循環路に設けられた流量調整弁と、冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定手段と、ＣＯ２残液量判定手段の判定結果に基づいて、流量調整弁の開度を制御する制御装置とを備えている。液ポンプ及び流量調整弁は最大負荷に合わせた流量で仕様が選定されているため、冷凍装置の冷却負荷が小さいとき、冷却管のＣＯ２蒸発量が少なくなり、蒸発量に比べてＣＯ２量が過剰に冷却管に供給される。そのため、管棚やヘアピンコイルに貯留するＣＯ２液量が多くなるので、漁船に充填されるＣＯ２必要量が増大し、ＣＯ２受液器も大型になってしまう。そこで、本発明者等は、冷凍装置の冷却負荷が少なくなった状況をみて、管棚や魚倉のヘアピンコイルの冷却管に供給するＣＯ２液量を減ずることを考えた。
【００１２】
即ち、ＣＯ２残液量判定手段で冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定し、冷却管出口部のＣＯ２残液量が多くならないように、制御装置で流量調整弁の開度を調整することで、ＣＯ２残液量を低減できるようにした。これによって、漁船に充填されるＣＯ２必要量を低減でき、ＣＯ２受液器及び配管系を小型化できるので、設置スペースが狭い漁船へのＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置の搭載が容易になる。なお、流量調整弁は開度調整可能なものを用いるか、あるいはオンオフ式の流量調整弁を用いてもよい。オンオフ式の流量調整弁は、ＰＷＭ（パルス幅変調）という間欠式な開閉制御を行い、開動作時間又は閉動作時間を調整することで、ＣＯ２供給量を調整できる。
【００１３】
本発明装置は、さらに、第１ＣＯ２循環路に接続された予備ＣＯ２循環路と、予備ＣＯ２循環路を流れるＣＯ２を冷却する予備冷凍装置と、予備冷凍装置を駆動する自家発電機と、予備冷凍装置と自家発電機又は陸上電源装置とを切替え接続可能な切換器とを備えている。漁船の停泊中やドック入渠中等、ＮＨ３冷凍サイクルが稼働してない時、ＣＯ２受液器内のＣＯ２ガスを予備ＣＯ２循環路に導き、自家発電機又は陸上の電源装置を用いて予備冷凍装置を稼働する。これによって、ＣＯ２受液器内のＣＯ２ガスを冷却し、液化させるで、受液器や配管内のＣＯ２が高圧にならない。
【００１４】
流量調整弁の開度を小さくしたり、あるいは流量調整弁を閉じたとき、流量調整弁上流側のＣＯ２圧力が異常上昇するおそれがある。そのため、液ポンプの吐出側ＣＯ２圧力を検出する圧力センサーを設け、該圧力センサーの検出値に基づいて、制御装置によって液ポンプの吐出量を制御し、液ポンプ吐出側のＣＯ２圧力を設定値に維持するようにするとよい。これによって、冷却管内のＣＯ２圧力の異常上昇を抑制できる。
【００１５】
本発明において、ＣＯ２残液量判定手段は、流量調整弁の入口側及び魚倉出口側冷却管に夫々設けられた温度センサーと、該２つの温度センサーの検出値の差から冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成されているとよい。ＣＯ２は気液混合状態から過熱状態になると温度が上昇する。この温度上昇を検出することで、ＣＯ２が気液混合状態であるか、過熱状態であるかがわかる。２つの温度センサーの検出値に差がないとき、冷却管出口部でＣＯ２が気液混合状態であると判定し、流量調整弁の開度を小さくする。２つの温度センサーの検出値の差が設定値を超えたら、冷却管出口部でＣＯ２残液がなくなったと判定して、流量調整弁の開度を大きくする。ＣＯ２残液量判定手段をかかる構成とすることで、比較的簡易な操作で、ＣＯ２残液量を判定できる。
【００１６】
ＣＯ２残液量判定手段の別な構成例として、魚倉の内部温度を検出する温度センサーと、制御装置に記憶され、魚倉の設定冷却温度と温度センサーの検出値との差分と、冷却管出口部のＣＯ２残液量との相関を示す相関マップと、前記差分と相関マップで冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成するとよい。
【００１７】
魚倉内の温度が設定冷却温度に近づくと、魚倉の冷却負荷は低減する。魚倉の冷却負荷が低減すれば、魚倉出口側冷却管のＣＯ２蒸発量は低減する。この点から、魚倉の設定冷却温度と実際の検出温度との差分と、冷却管出口部のＣＯ２残液量とはある種の相関がある。この相関関係を予め求めておくことで、冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定できる。そのため、こうして求めた相関マップと前記差分とからＣＯ２残液量を判定できる。また、前記２つの構成例を併用した判定手段としてもよい。この併用型判定手段とすれば、冷却管出口部のＣＯ２残液量をさらに正確に判定できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、漁船用冷凍装置として、ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置を用い、ＣＯ２残液量判定手段によって冷却管内のＣＯ２残液量を判定し、このＣＯ２残液量から、制御装置によって冷却管の上流側に設けられた流量調整弁の開度を調整するようにしたので、冷却管内のＣＯ２残液量を低減でき、これによって、漁船に充填される必要ＣＯ２量を低減できる。そのため、ＣＯ２受液器及び配管設備等、冷凍装置を小型化できるので、設置スペースが狭い漁船でも搭載が容易になる。
【００１９】
また、予備冷凍装置、自家発電機及び切換器を備えているので、漁船の停泊中やドック入渠中等、ＮＨ３冷凍サイクルが稼働してない時でも、自家発電機又は陸上の電源装置を用いて予備冷凍装置を稼働できる。そのため、ＣＯ２受液器及び配管系等のＣＯ２ガスを冷却液化し、ＣＯ２ガスの高圧化を防止できるので、ＣＯ２受液器等を含む冷凍装置及びその配管系の耐圧強度を緩和でき、設備費を低コストにできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明装置の一実施形態に係る全体構成図である。
【図２】前記実施形態の制御系を示すブロック線図である。
【図３】前記実施形態で用いられる相関マップ図である。
【図４】前記実施形態で、魚層内の温度変化によるＣＯ２蒸発量の変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２２】
本発明装置の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１において、漁船１の船体内部に凍結倉３及び保冷倉５が設けられている。凍結倉３及び保冷倉５は、夫々複数基ずつ設けられるが、図１では夫々１基のみを図示し、他を省略している。保冷倉５に隣接してＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置１０が設けられている。ＮＨ３冷媒が循環するＮＨ３循環路１２には、圧縮機１４、凝縮器１６、受液器１８、膨張弁２０及びカスケードコンデンサ２２からなる冷凍サイクル構成機器が設けられている。凝縮器１６には、船外から海水を導入する海水循環路１７が接続されている。凝縮器１６では、海水ポンプ１７ａによって汲み上げられた海水でＮＨ３を冷却している。
【００２３】
第１ＣＯ２循環路２４はＣＯ２がブラインとして循環し、ＣＯ２はカスケードコンデンサ２２でＮＨ３と熱交換して冷却される。第１ＣＯ２循環路２４にはＣＯ２受液器２６が設けられ、ＣＯ２受液器２６には第２ＣＯ２循環路２８が接続されている。第２ＣＯ２循環路２８は凍結倉３及び保冷倉５に設けられた冷却管と接続されている。第２ＣＯ２循環路２８の往路２８ａには液ポンプ３０が設けられ、ＣＯ２受液器２６のＣＯ２液は、液ポンプ３０によって前記冷却管に送られる。
【００２４】
凍結倉３又は保冷倉５で漁獲物の冷凍又は保冷に供された後のＣＯ２気液二相流は、第２ブライン循環路２８の復路２８ｂを通ってＣＯ２受液器２６に戻る。ＣＯ２受液器２６に戻ったＣＯ２気液二相流のうちＣＯ２ガスは、第１ＣＯ２循環路２４を通ってカスケードコンデンサ２２に流れ、カスケードコンデンサ２２で冷却され、液化して再びＣＯ２受液器２６に戻る。
【００２５】
第２ＣＯ２循環路２８の往路２８ａは分岐し、夫々の分岐往路は凍結倉３及び保冷倉５に配設された冷却管に接続される。以下、凍結倉３又は凍結倉３の内部に配設され、漁獲物の凍結又は冷凍保管に供する配管を総称して「冷却管」と称する。凍結倉３に延設された分岐往路２９ａは、凍結倉３の内部一隅に設けられたヘッダー３２ａに接続されている。ヘッダー３２ａとの接続部より上流側の分岐往路２９ａには、流量調整弁３４とＣＯ２の温度を検出する温度センサー３６が設けられている。凍結倉３の内部他隅にヘッダー３２ｂがヘッダー３２ａと対面するように配置されている。
【００２６】
ヘッダー３２ａ及び３２ｂは凍結倉３内で上下方向に配置され、ヘッダー３２ａ、３２ｂ間で、多数の管棚３８（棚状に設けられ、ＣＯ２が流れる裸管で構成されている。）が水平方向に配置され、両ヘッダーに架設されている。各管棚３８には流量調整弁４０が介設されている。管棚３８には漁獲物を入れた多数のトレイ４２が載置される。凍結倉３内の上部空間には、エロフィンコイル４４が配置され、エロフィンコイル４４は、入口に流量調整弁４０が設けられ、ヘッダー３２ａ及び３２ｂ間に接続されている。
【００２７】
分岐往路２９ａからヘッダー３２ａに流入したＣＯ２液は、各管棚３８及びエロフィンコイル４４を矢印方向に流れ、凍結倉３内を−４０℃の設定凍結温度に冷却する。即ち、蒸発潜熱で凍結倉３内を冷却する。一部又は大部分が蒸発して気液二相流となったＣＯ２は、ヘッダー３２ｂに合流し、ヘッダー３２ｂから分岐復路２９ｂ及び復路２８ｂを経てＣＯ２受液器２６に戻る。凍結倉３の出口部の分岐復路２９ｂにＣＯ２の温度を検出する温度センサー４６が設けられ、凍結倉３内に凍結倉３内の雰囲気温度を検出する温度センサー４８が設けられている。
【００２８】
往路２８ａから分岐した分岐往路５０ａは、保冷倉５の内部に延設され、保冷倉５の内部で多数のヘアピンコイル５６に接続されている。ヘアピンコイル５６はエロフィンが設けられ、ヘアピンコイル５６は保冷倉５の天井、床や壁に配設されている。ヘアピンコイル５６より上流側の分岐往路５０ａには流量調整弁５２及びＣＯ２の温度を検出する温度センサー５４が設けられ、各ヘアピンコイル５６の入口には流量調整弁５８が設けられている。
【００２９】
分岐往路５０ａに流入したＣＯ２は、各ヘアピンコイル５６を通り、その後合流管６０に合流した後、分岐復路５０ｂに接続されている。保冷倉５内はＣＯ２の蒸発潜熱で冷却され、−３５℃の設定保冷温度に保たれる。冷却管内で一部が蒸発したＣＯ２気液混合流は、分岐復路５０ｂから復路２８ｂを通ってＣＯ２受液器２６に戻る。保冷倉５の出口部の分岐復路５０ｂにＣＯ２の温度を検出する温度センサー６４が設けられ、保冷倉５内に保冷倉５内の雰囲気温度を検出する温度センサー６６が設けられている。
【００３０】
流量調整弁３４及び５２は、オンオフ式の電磁弁で構成されている。流量調整弁３４及び５４は、ＰＷＭ（パルス幅変調）という間欠式な開閉制御を行い、開動作時間又は閉動作時間を調整することで、ＣＯ２供給量を調整可能に構成されている。液ポンプ３０の流側往路２８ａにはＣＯ２圧力を検出する圧力センサー６８が設けられている。
【００３１】
第１ＣＯ２循環路２４には、第１ＣＯ２循環路２４から分岐し、ＣＯ２受液器２６に接続された分岐循環路７０が設けられている。分岐部の第１ＣＯ２循環路２４又は分岐循環路７０に、ＣＯ２を第１ＣＯ２循環路２４又は分岐循環路７０に切替え可能に流入させる開閉弁７２及び７４が設けられている。分岐循環路７０にはプレート式熱交換器７６が設けられている。冷凍装置１０に隣接して自家発電機８０が設けられている。自家発電機８０の出力軸は切替器８２を介して小型冷凍機８６に接続され、切替器８２にはコード線８４を介して陸上の電源装置（図示省略）が接続されている。切替器８２によって、小型冷凍機８６を自家発電機８０又は陸上の電源装置によって切替え可能に駆動できる。小型冷凍機８６は、例えば１〜３ｋｗ程度の能力でよい。
【００３２】
図２は、冷凍装置１０の運転を制御する制御系を示す。図２は、保冷倉５のみを代表して図示しており、凍結倉３を省略している。ヘアピンコイル５６内では、ＣＯ２液ｒが徐々に蒸発してＣＯ２ガスｇに変わる。制御装置９０は、メモリ９２と、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定部９４とを備えている。制御装置９０には、温度センサー３６、４６，４８、５４、６４、６６及び圧力センサー６８の検出値が入力される。
【００３３】
また、図３に示す相関マップが予め作成され、この相関マップが制御装置９０のメモリ９２に予め記憶されている。この相関マップの横軸は凍結倉３又は保冷倉５の設定冷却温度Ｔｓと温度センサー４８又は６４の検出値Ｔｃとの差分ΔＴ（＝Ｔｃ−Ｔｓ）であり、縦軸は凍結倉３又は保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２残液量である。図中、例えば、曲線Ａが凍結倉３の相関マップであり、曲線Ｂが保冷倉５の相関マップである。
【００３４】
図４に示すように、凍結倉３又は保冷倉５の検出温度Ｔｃが設定冷却温度Ｔｓに近づくと、凍結倉３又は保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２蒸発量は低減する。この関係から、凍結倉３又は保冷倉５の設定冷却温度Ｔｓと実際の検出温度Ｔｃとの差分ΔＴと、出口側冷却管のＣＯ２残液量とはある種の相関がある。この相関マップは、過去の実験値から差分ΔＴと冷却管出口部のＣＯ２残液量との相関関係を求めたものである。
【００３５】
かかる構成において、海上において冷凍装置１０の稼働中には、冷却されたＣＯ２液が液ポンプ３０によって凍結倉３及び保冷倉５に送られ、凍結倉３及び保冷倉５を設定温度に冷却する。このとき、凍結倉３及び保冷倉５に配設された冷却管内のＣＯ２は、気液混合状態のときは温度が変化しないので、凍結倉３又は保冷倉５の冷却管の上流側と下流側とで温度差は生じない。冷却管出口部でＣＯ２液がなくなり、過熱状態になると、ＣＯ２の温度は上昇するので、冷却管の入口側温度Ｔ１と出口側温度Ｔ２とで温度差が発生する。従って、ＣＯ２残液量判定部９４で、温度センサー３６（又は５４）と温度センサー４６（又は６４）の検出値の差から、凍結倉３又は保冷倉５の冷却管出口におけるＣＯ２残液量を判定する。
【００３６】
即ち、魚倉内温度が低下し、設定冷却温度Ｔｓに近づいたら、冷却管出口部でＣＯ２残液が生じるので、Ｔ１とＴ２との差はなくなる。そこで、例えば、（Ｔ２−Ｔ１）が＋５℃になるまで魚倉内を冷却したら、「ＣＯ２残液あり」と判定し、流量調整弁３４（又は５２）を閉じる。（Ｔ２−Ｔ１）が＋５℃を超えたら、ＣＯ２残液量判定部９４で「ＣＯ２残液なし」と判定し、制御装置９０で流量調整弁３４（又は５２）を開放する。
【００３７】
また、ＣＯ２残液量判定部９４は、凍結倉３又は保冷倉５の設定冷却温度Ｔｓと温度センサー４８（又は６６）の検出値Ｔｃとの差分ΔＴと、メモリ９２に記憶された相関マップから、冷却管出口部におけるＣＯ２残液量を判定する。これら２つの判定方法を併用して、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する。こうして判定したＣＯ２残液量に基づいて、制御装置９０は流量調整弁３４及び５２の開閉動作を制御する。
【００３８】
流量調整弁３４又は５２の開度を減少させ、ＣＯ２液の流量を低減したとき、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧が急上昇するおそれがある。そのため、制御装置９０は、圧力センサー６８の検出値が閾値を超えたら、液ポンプ３０の回転数を減少させ、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧力を設定値に戻すようにする。
【００３９】
漁船１が停泊中又は入渠中のとき、漁獲物は陸揚げされ、冷凍装置１０の稼働は停止する。そして、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管内のＣＯ２液はＣＯ２受液器２６に回収される。この状態でＣＯ２受液器２６に外部熱が侵入すると、ＣＯ２受液器内ＣＯ２液の一部が気化し、ＣＯ２受液器内及び配管系のＣＯ２圧力が上昇するおそれがある。そこで、自家発電機８０又は陸上の電源装置によって小型冷凍機８６を稼働する。また、制御装置９０によって開閉弁７２、７４の開閉を切り替え、ＣＯ２受液器２６内のＣＯ２ガスを分岐循環路７０に循環させる。分岐循環路７０を循環するＣＯ２ガスは、プレート式熱交換器７６によって冷却され液化し、ＣＯ２受液器２６に戻る。
【００４０】
本実施形態によれば、凍結倉３及び保冷倉５の冷却管のＣＯ２残液量をＣＯ２残液量判定部９４によって判定し、ＣＯ２残液量が少なくなるように流量調整弁３４又は５２の開度を調整しているので、冷凍装置１０のＣＯ２必要量を低減できる。そのため、ＣＯ２受液器２６を小型化できると共に、ＣＯ２配管系を簡素化でき、設置スペースが狭い漁船への冷凍装置１０の設置を容易にする。従来、保冷倉５のヘアピンコイル５６に、通常、呼び径３２Ａのヘアピンコイルを用いていた。本実施形態では、呼び径２５Ａのエロフィン付きヘアピンコイル５６を用いることで、冷却効果を低下させずに、ＣＯ２必要量をさらに低減できる。
【００４１】
また、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧力を監視し、液ポンプ３０の回転数を調整可能にしているので、流量調整弁３４又は５２の閉動作時に生じる異常昇圧を防止でき、液ポンプ３０の吐出側ＣＯ２圧力を常に設定値に保持できる。
【００４２】
また、冷却管の上流側及び下流側のＣＯ２温度の温度差（Ｔ２−Ｔ１）によるＣＯ２残液量の判定方法と、凍結倉３及び保冷倉５内の設定冷却温度Ｔｓと実際の検出温度Ｔｃとの差分ΔＴに基づく判定方法とを併用しているので、冷却管出口部のＣＯ２残留量を正確に判定できる。
【００４３】
また、漁船１の停泊中又は入渠中等、冷凍装置１０が稼働していない時に、自家発電機８０又は陸上の電源装置によって小型冷凍機８６を稼働させ、ＣＯ２受液器２６中のＣＯ２ガスを冷却液化しているので、ＣＯ２受液器２６内及び配管系のＣＯ２ガスの高圧化を防止できる。また、ＣＯ２に冷却に熱交換効率が優れたプレート式熱交換器７６を用いているので、ＣＯ２の冷却効率を向上できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、冷却管の上流側及び下流側のＣＯ２温度の温度差（Ｔ２−Ｔ１）によるＣＯ２残液量の判定方法と、凍結倉３及び保冷倉５内の設定冷却温度Ｔｓと実際の検出温度Ｔｃとの差分ΔＴに基づく判定方法とを併用しているが、どちらか一方の判定方法のみで判定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、非稼働時にＣＯ２の圧力上昇を防止可能で、省スペース化が可能な漁船用ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 漁船
３ 凍結倉
５ 保冷倉
１０ ＮＨ３／ＣＯ２二元式冷凍装置
１２ ＮＨ３循環路
１４ 圧縮機
１６ 凝縮器
１７ 海水循環路
１７ａ 海水ポンプ
１８ 受液器
２６ ＣＯ２受液器
２０ 膨張弁
２２ カスケードコンデンサ
２４ 第１ＣＯ２循環路
２８ 第２ＣＯ２循環路
２８ａ 往路
２８ｂ 復路
２９ａ、５０ａ 分岐往路
２９ｂ、５０ｂ 分岐復路
３０ 液ポンプ
３０ａ 駆動モータ
３０ｂ インバータ装置
３２ａ、３２ｂ ヘッダー
３４、５２、４０，５８ 流量調整弁
３６、４６，４８、５４、６４、６６ 温度センサー
３８ 管棚
４２ トレイ
４４ エロフィンコイル
５６ ヘアピンコイル
６０ 合流管
６８ 圧力センサー
７０ 分岐循環路
７２、７４ 開閉弁
７６ プレート式熱交換器
８０ 自家発電機
８２ 切替器
８４ コード線
８６ 小型冷凍機
９０ 制御装置
９２ メモリ
９４ ＣＯ２残液量判定部
ｒ ＣＯ２液
ｇ ＣＯ２ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＨ３を冷媒とし冷凍サイクル構成機器が設けられたＮＨ３循環路と、
ＣＯ２が循環し、該ＮＨ３循環路とカスケードコンデンサを介して接続された第１ＣＯ２循環路と、
該第１ＣＯ２循環路に設けられたＣＯ２受液器と、
該ＣＯ２受液器と魚倉に設けられた冷却管との間に接続された第２ＣＯ２循環路と、
該第２ＣＯ２循環路に設けられ、前記ＣＯ２受液器のＣＯ２液を冷却管に送る液ポンプと、
前記冷却管の上流側で第２ＣＯ２循環路に設けられた流量調整弁と、
前記冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定手段と、
該ＣＯ２残液量判定手段の判定結果に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御装置と、
前記第１ＣＯ２循環路に接続された予備ＣＯ２循環路と、
該予備ＣＯ２循環路を流れるＣＯ２を冷却する予備冷凍装置と、
前記予備冷凍装置を駆動する自家発電機と、
前記予備冷凍装置と該自家発電機又は陸上電源装置とを切替え接続可能にする切換器とを備えていることを特徴とする漁船用冷凍装置。
【請求項２】
前記液ポンプの吐出側ＣＯ２圧力を検出する圧力センサーを備え、
前記制御装置は、該圧力センサーの検出値に基づいて前記液ポンプの吐出量を制御し、前記液ポンプの吐出側ＣＯ２圧力を設定値に維持するものであることを特徴とする請求項１に記載の漁船用冷凍装置。
【請求項３】
前記ＣＯ２残液量判定手段は、
前記流量調整弁の入口側及び前記魚倉出口側冷却管に夫々設けられた温度センサーと、
該２つの温度センサーの検出値の差から前記冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の漁船用冷凍装置。
【請求項４】
前記ＣＯ２残液量判定手段は、
前記魚倉の内部温度を検出する温度センサーと、
前記制御装置に記憶され、魚倉の設定冷却温度と前記温度センサーの検出値との差分と、前記冷却管出口部のＣＯ２残液量との相関を示す相関マップと、
前記差分及び前記相関マップから冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の漁船用冷凍装置。
【請求項１】
ＮＨ３を冷媒とし冷凍サイクル構成機器が設けられたＮＨ３循環路と、
ＣＯ２が循環し、該ＮＨ３循環路とカスケードコンデンサを介して接続された第１ＣＯ２循環路と、
該第１ＣＯ２循環路に設けられたＣＯ２受液器と、
該ＣＯ２受液器と魚倉に設けられた冷却管との間に接続された第２ＣＯ２循環路と、
該第２ＣＯ２循環路に設けられ、前記ＣＯ２受液器のＣＯ２液を冷却管に送る液ポンプと、
前記冷却管の上流側で第２ＣＯ２循環路に設けられた流量調整弁と、
前記冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定するＣＯ２残液量判定手段と、
該ＣＯ２残液量判定手段の判定結果に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御装置と、
前記第１ＣＯ２循環路に接続された予備ＣＯ２循環路と、
該予備ＣＯ２循環路を流れるＣＯ２を冷却する予備冷凍装置と、
前記予備冷凍装置を駆動する自家発電機と、
前記予備冷凍装置と該自家発電機又は陸上電源装置とを切替え接続可能にする切換器とを備えていることを特徴とする漁船用冷凍装置。
【請求項２】
前記液ポンプの吐出側ＣＯ２圧力を検出する圧力センサーを備え、
前記制御装置は、該圧力センサーの検出値に基づいて前記液ポンプの吐出量を制御し、前記液ポンプの吐出側ＣＯ２圧力を設定値に維持するものであることを特徴とする請求項１に記載の漁船用冷凍装置。
【請求項３】
前記ＣＯ２残液量判定手段は、
前記流量調整弁の入口側及び前記魚倉出口側冷却管に夫々設けられた温度センサーと、
該２つの温度センサーの検出値の差から前記冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の漁船用冷凍装置。
【請求項４】
前記ＣＯ２残液量判定手段は、
前記魚倉の内部温度を検出する温度センサーと、
前記制御装置に記憶され、魚倉の設定冷却温度と前記温度センサーの検出値との差分と、前記冷却管出口部のＣＯ２残液量との相関を示す相関マップと、
前記差分及び前記相関マップから冷却管出口部のＣＯ２残液量を判定する判定部とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の漁船用冷凍装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０４５７４（Ｐ２０１３−１０４５７４Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６３１２（Ｐ２０１１−２４６３１２）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
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